系统的更新，实现了嵌入式的温湿度模糊控制系统

    1 引言　　

   大多数工业环境温湿度控制系统都是基于有线网络的，监控程序运行于PC机上，监控人员需要在固定的监控室内进行温湿度等参数的监控。这样的应用模式存在如下问题，一是监控节点位置固定，可移动性差；二是布线受环境限制，通信故障查找困难。当今，智能化已成为自动化领域新的发展趋势，并推动智能功能迅速扩展到仪器、仪表、设备等行业。温湿度的测量和控制在工农业生产、气象观测、恒温恒湿的空调房、科学研究及日常生活中被广泛应用。本设计基于温湿度传感器LTM8901的智能环境温湿度控制系统，以AT89S52为控制器，通过仿真实验，可以实现对环境温室温度和湿度的检测与控制。因此，有必要利用嵌入式技术在PDA上实现温湿度模糊控制系统，这样就可以做到随时随地进行温湿度参数的监控了。

　　2 系统硬件结构和功能

　　2.1 系统硬件结构

　　系统的整体架构分为两个层次，上层是数据存储与监控系统，由PDA、AP（无线接入点）、数据库服务器构成，PDA通过AP和数据中转服务系统与数据库服务器进行实时数据交互，监测和控制各监测点的温湿度参数。上位机采用性能较高的PC机，上位机和PDA利用所建立的模糊控制条件转换规则对检测点环境进行智能控制。下层是数据采集与控制系统，下位机选用智能模块LTM8303, LTM8600等直接面向被控对象，通过传感器DS1820/DS18B20等组成测温电缆，对温湿度等参数进行实时检测。

　　系统采用两级通讯网络连接。由上位机通过SIMATIC S7-200隔离型RS-232/485转换模块组成RS 485分布式测控网，LTM8903和LTM8600智能模块作为子站；另为“1-wire Bus”网，LTM8903智能模块作为采集中心，测量线缆上的数字化温湿度传感器探头作为子站，探头选用数字化温度传感器DS1820/DS18B20;LTM8600模块为采集中心和控制中心，并接收上位机的控制信号通过变频器控制风机，空调，水泵等执行机构[1].系统的硬件总体结构如图1所示。

　　

 

　　图1 系统硬件总体结构图

　　2.2 功能模块

　　PDA端嵌入式软件：采用嵌入式和无线通信技术，与数据库服务器进行实时数据交互，通过模糊控制条件转换程序监测和设置各监测点的温湿度参数。

　　数据中转模块：发送/接收数据。从数据库中提取PDA端所需数据，构造数据包，经由WLAN发送给该终端；解析来自PDA端的温湿度参数数据包，并写入数据库。

　　上位机控制系统：与下位机和PDA进行数据交互，接收来自PDA端的温湿度控制参数，形成控制信号发送给下位机；同时，接收来自下位机所采集的温湿度参数，提交给数据库和PDA;同时，也具有对各监测点实行集中监控，管理以及数据统计等功能。

　　参数采集控制模块：采集温度，湿度参数，发送给上位机； 接收上位机的控制信号，对各风机，空调，水泵等设备通过变频器实施控制。

　　3 模糊控制系统设计

　　3.1模糊集基本理论

　　

 

　　可见，一个模糊数的l-截集对应一个区间。

　　3.2输入变量和输出变量

　　在控制现场温湿度参数时，所需设定的温湿度值和阈值作为输入变量，经过相应的隶属函数进行处理，得到的温度控制范围和湿度控制范围作为输出变量。阈值作为对温湿度变化范围的允许程度，由监控者根据实际需要进行设定，通过调整阈值，可以使现场的温湿度控制在模糊控制和控制之间变换。当阈值为1时，为控制；当阈值为0~1之间的数值时，温湿度参数为一个数值区间。

　　在监测现场温湿度参数时，下位机采集到的现场温湿度参数传送到上位机和PDA,这时温度参数和湿度参数作为输入变量，通过模糊控制转换模块，利用隶属函数分别计算现场采集的温湿度参数隶属度。若隶属度超出所设定的阈值，则报警；否则，认为正常。

　　3.3模糊控制条件转换

　　工业环境中，许多控制条件都是模糊的，而这些模糊控制条件在计算机进行处理时，需要转换成确定值或确定的区间。具体包括“接近于（大约为）某个值”，“不超过某个值”，“不低于某个值”。

　　模糊控制转换器需要根据监控者设置的阈值将该模糊控制条件转换成一个确定的温度数值控制区间，可以得到模糊数“高温状态”的隶属函数， 定义为：

　　

 

　　假设l取值为0.9,监测点温度的值域为[0,1000],则“高温状态”的0.9截集运算结果为[600,1000],即在这个区间的温度，都可视为高温状态。模糊控制条件“高温状态”的0.9截集如图3所示：

　　现在考虑模糊控制条件， 湿度“大约在Y度左右”，模糊数“接近（大约）Y”的隶属函数在论域上的定义为：

　　

 

　　假设模糊控制条件为“湿度大约在50度左右”，l取值为0.9,监测点湿度的值域为[10,100],那么，“湿度大约在50度左右”的0.9截集运算结果为[47,53],模糊控制条件“湿度大约在50度左右”的0.9截集如图4所示

　　

 

　　图3 模糊控制条件“高温状态”的0.9截集图

　　

 

　　图4 模糊控制条件“湿度大约在50度左右”的0.9截集

　　现在考虑模糊控制条件， 温度或湿度“不超过Y”，它的隶属函数在论域上的定义为：

　　

 

　　假设模糊控制条件为“温度不超过500度”，l取值为0.9,监测点温度的值域为[300,800],那么， “温度不超过500度”的0.9截集运算结果为[300,530],都可视为正常温度。模糊控制条件“温度不超过500度”的0.9截集如图5所示。

　　温度或湿度“不低于Y”，它的隶属函数在论域上的定义为：

　　

 

　　假设模糊控制条件为“湿度不低于40度”，l取值为0.9,监测点湿度的值域为[10,100],那么， “湿度不低于40度”的0.9截集运算结果为[37,100],都可视为正常湿度。模糊控制条件“湿度不低于40度”的0.9截集如图6所示。

　　

 

　　图5 模糊控制条件“温度不超过500度”的0.9截集

　　

 

　　图6 模糊控制条件“湿度不低于40度”的0.9截集

　　4 嵌入式软件关键技术

　　本文利用嵌入式技术在PDA上实现了温湿度模糊控制系统，开发模式不同于传统的应用软件。

　　4.1嵌入式操作系统和图形系统

　　Palm OS、Neculeus和Windows CE这些专用操作系统都是商业化产品，其价格昂贵，不适合低端嵌入式产品开发。嵌入式Linux操作系统弥补了上述不足，Linux操作系统是遵循GPL公约，并且有运行稳定、源码开放的特点，被认为是未来嵌入式操作系统的选择。

　　MiniGUI能跨多种操作系统，主要运行于linux及一切具有POSIX线程支持的POSIX兼容系统，包括普通嵌入式Linux、eCos、uC/OS-II、VxWorks 等系统。MiniGUI的主要特点有：

　　遵循GPL条款的纯自由软件；提供了完备的多窗口机制；多字符集和多字体支持，目前支持ISO8859-1、GB2312及Big5 等字符集，并且支持各种光栅字体和 TrueType、Type 1 等矢量字体；全拼和五笔等汉字输入法支持；BMP、GIF、JPEG及PCX 等常见图像文件的支持；Windows的资源文件支持，可移植性好。

　　4.2 MiniGUI的移植

　　本文MiniGUI移植目标系统为：XScale PXA255处理器，Linux2.4.18操作系统。交叉编译工具：arm-linux-gcc 2.95.3版，MiniGUI版本：1.3.0,主机系统为：Fedora Core 1 Linux.

　　MiniGUI的移植通过如下步骤：

　　1）安装交叉编译工具： arm-linux-gcc 2.95.3

　　2）建立挂装目录，实现主机与目标机的连接

　　3）安装Minigui资源文件：Minigui-res-1.3.0.tar.gz

　　4）配置Minigui交叉编译脚本

　　5）移植Minigui库文件和实例程序

　　4.3嵌入式软件实现

　　在开发基于MiniGUI的嵌入式软件时，先将mde-1.3.0中的configure.in、autogen.sh以及脚本arm-complier拷贝到项目开发目录中并修改confiugre.in在AC_INIT（<参数>），将<参数>改为项目主程序源文件名（如：main.c），将AC_OUTPUT（<参数>）中<参数>改为Makefile,编写Makefile.am 即可。执行。/autogen.sh; ./arm-complier; make即可交叉编译项目程序。

　　然后，更改MiniGUI的配置文件MiniGUI.cfg设置设备驱动程序，设置显示区域及字体等内容。

　　如触摸屏驱动设置（在MiniGUI.cfg中设置）：

　　# IAL engine

　　ial_engine=UCB1X00 //驱动引擎名称

　　mdev=/dev/touchscreen/0raw //驱动程序所在位置

　　mtype=

　　4.4源程序的交叉编译

　　当主机系统和目标主机不兼容时，需要在主机上通过交叉编译工具编译出目标系统可以运行的程序，这个过程叫做交叉编译。

　　5结论

　　该系统行约半年左右， ，此间运作比较良好。除了能够完成传统控制系统的功能外，在模糊控制方面和系统的灵活性方面都显示出良好的性能。在嵌入式软件方面，由于Linux与MiniGUI都遵循GPL公约，同时MiniGUI能稳定、可靠的运行于linux系统下，并且通过上述实践证明其可以快速构建一个稳定的可视化软件系统。

　　在经济效益方面，据粗略统计，在与没有实施移动温湿度监测系统情况下相比，实施此系统之后使得现场监测加灵活准确，长久运用这个系统还可以降低生产成本，提高工作效率。很多企业在使用的过程中都给予了很高的评价，所以这个系统的开发是成功的。